本文關(guān)鍵詞：高過載工況下滾珠絲杠副的極限承載能力及伺服加載試驗臺的研究

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【摘要】：精密滾珠絲杠副因其優(yōu)異的直線傳動性能,一直是航天器電動伺服控制系統(tǒng)中重要的傳動定位元件,因此開展針對航天工況下精密滾珠絲杠副的承載性能研究是非常必要的。本文基于赫茲接觸及彈塑性力學(xué)理論、結(jié)合現(xiàn)代CAD/CAE軟件,重點研究了航天工況下精密滾珠絲杠副的彈塑性接觸問題和以提高極限承載能力為優(yōu)化目標(biāo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。與此同時,設(shè)計了極限承載能力試驗方案,開發(fā)了精密滾珠絲杠副伺服加載試驗裝置。 針對航天工況的短時高過載特點,本文首先根據(jù)赫茲接觸理論和彈塑性力學(xué)建立了滾珠與雙圓弧滾道的接觸模型,得到了彈塑性階段接觸應(yīng)力應(yīng)變的計算公式。并且根據(jù)高過載工況下精密滾珠絲杠副的接觸變形特點,分析得出塑性變形過大是該工況下絲杠副的主要失效原因,從而推出了屈服準(zhǔn)則和由塑性變形量允許值決定的最大許用軸向載荷計算公式,并以此載荷作為衡量航天工況下絲杠副極限承載能力的重要指標(biāo)。 在極限承載能力研究的基礎(chǔ)上,本文以提高最大許用軸向載荷為優(yōu)化目標(biāo),針對絲杠副的某些結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。通過運用Matlab中的GAOT工具箱進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化,并結(jié)合Abaqus建立了多滾珠彈塑性接觸有限元模型進(jìn)行分析驗證,最終得到了針對某特定規(guī)格的精密滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方案。 最后本文設(shè)計了極限承載能力試驗方案,并基于FCS多通道協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)研發(fā)了精密滾珠絲杠副伺服加載試驗臺,包括試驗臺伺服加載系統(tǒng)、電機驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)測量采集系統(tǒng)和試驗臺機械結(jié)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】：滾珠絲杠 彈塑性接觸 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 伺服加載試驗臺 GAOT 有限元法
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH132.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 緒論7-13
• 1.1 課題研究的背景、意義及目的7-8
• 1.2 滾珠絲杠副的發(fā)展與研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 滾珠絲杠副發(fā)展簡介8-9
• 1.2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3 主要研究內(nèi)容12-13
• 2 高過載工況下精密滾珠絲杠副彈塑性接觸分析13-31
• 2.1 高過載工況下精密滾珠絲杠副彈性接觸分析13-20
• 2.1.1 Hertz點接觸理論基礎(chǔ)13-15
• 2.1.2 滾珠與雙圓弧絲杠滾道面接觸點處主曲率15-16
• 2.1.3 滾珠與雙圓弧螺母滾道面接觸點處的主曲率16-17
• 2.1.4 滾珠與雙圓弧絲杠、螺母滾道彈性接觸分析17-20
• 2.2 精密滾珠絲杠副材料特性及屈服準(zhǔn)則的研究20-24
• 2.2.1 滾珠、螺母及絲杠桿材料的確定20-21
• 2.2.2 絲杠副材料特性及屈服準(zhǔn)則的研究21-22
• 2.2.3 最大靜態(tài)切應(yīng)力及初始屈服臨界法向載荷與臨界趨近量的計算22-24
• 2.3 高過載工況下精密滾珠絲杠副塑性接觸分析24-26
• 2.4 精密滾珠絲杠副接觸受力變形和載荷分布分析26-28
• 2.5 高過載工況下精密滾珠絲杠副彈塑性計算舉例28-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 3 基于ABAQUS多滾珠彈塑性接觸模型有限元分析31-38
• 3.1 多滾珠彈塑性接觸有限元模型建立31-35
• 3.1.1 實體模型建立31-32
• 3.1.2 有限元模型建立32-35
• 3.2 多滾珠彈塑性接觸有限元模型分析結(jié)果35-37
• 3.2.1 有限元分析定性結(jié)論35-36
• 3.2.2 理論結(jié)果有限元驗證36-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 4 基于MATLAB數(shù)值分析精密滾珠絲杠副極限承載能力優(yōu)化設(shè)計38-49
• 4.1 高過載工況下精密滾珠絲杠副極限承載能力研究38-40
• 4.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對極限承載能力影響定性分析40-43
• 4.3 基于GAOT精密滾珠絲杠副極限承載能力數(shù)值優(yōu)化分析43-47
• 4.3.1 MATLAB遺傳算法優(yōu)化工具箱(GAOT)簡介43-44
• 4.3.2 優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及優(yōu)化參數(shù)的建立44
• 4.3.3 約束條件的建立44-46
• 4.3.4 GAOT數(shù)值優(yōu)化結(jié)果46-47
• 4.4 優(yōu)化結(jié)果對比47-48
• 4.4.1 優(yōu)化前后理論計算結(jié)果對比47
• 4.4.2 優(yōu)化前后有限元結(jié)果對比47-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 5. 精密滾珠絲杠副極限承載能力試驗方案及伺服加載試驗臺的研究49-76
• 5.1 試驗項目制定49-50
• 5.2 試驗流程研究50-52
• 5.3 精密滾珠絲杠副伺服加載試驗臺功能要求和性能指標(biāo)52-53
• 5.4 試驗臺總體方案設(shè)計53-55
• 5.5 試驗臺伺服加載系統(tǒng)設(shè)計55-60
• 5.5.1 FCS多通道協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)56-58
• 5.5.2 液壓伺服系統(tǒng)58-60
• 5.6 試驗臺機械結(jié)構(gòu)設(shè)計60-66
• 5.6.1 試驗臺臺身結(jié)構(gòu)設(shè)計60-64
• 5.6.2 絲杠副安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計64-66
• 5.7 電機驅(qū)動模塊設(shè)計66-69
• 5.7.1 電氣系統(tǒng)總體設(shè)計66-67
• 5.7.2 驅(qū)動電機選型67-68
• 5.7.3 變頻器選型68-69
• 5.8 數(shù)據(jù)測量采集系統(tǒng)設(shè)計69-74
• 5.8.1 數(shù)采系統(tǒng)總體設(shè)計69-70
• 5.8.2 PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)70-71
• 5.8.3 傳感器的選用71-74
• 5.9 本章小結(jié)74-76
• 總結(jié)與展望76-78
• 致謝78-79
• 參考文獻(xiàn)79-82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：912106